(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスをガス消費機器に供給する高圧ガス供給システムであって、
前記高圧ガスを貯留する高圧ガスタンクと、
該高圧ガスタンクから前記ガス消費機器に至るガス供給管路と、
前記高圧ガスタンク内の前記高圧ガスを前記ガス供給管路に流すガス供給部と、
該ガス供給部より下流側において前記ガス供給管路に設置され、前記ガス供給管路を通過するガスを前記ガス消費機器でのガス消費に適うよう機能するガス供給機能部と、
前記ガス消費機器でのガス消費を開始してシステムを始動する始動信号を受けて前記ガス供給部を駆動する始動時制御と、前記始動信号を受ける以前に所定の駆動条件が成立すると前記ガス供給部を駆動するプレ制御とを行う制御部とを備え、
該制御部は、前記周囲温度が前記ガス供給機能部の機能の低下を招き得る低温環境下の温度となり、前記高圧ガスタンク内のガス温度が前記周囲温度を上回ると共に前記低下した前記ガス供給機能部の機能回復を図ることが可能な温度であると、前記駆動条件が成立したとして前記プレ制御を行って、前記高圧ガスタンク内の前記高圧ガスを前記ガス供給管路に流す、
高圧ガス供給システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記高圧ガスタンクへのガス充填の完了タイミングに併せて、前記プレ制御を行う請求項１に記載の高圧ガス供給システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記始動信号を受けて前記ガス供給部が前記ガス供給管路に流すガスのガス供給量より少ない供給量で、前記プレ制御を行う請求項１または請求項２に記載の高圧ガス供給システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３いずれかに記載の高圧ガス供給システムであって、
前記ガス供給管路に設置された複数の前記ガス供給機能部の最下流の前記ガス供給機能部に到達したガスを、前記ガス消費機器に供給しないで環流させるガス環流部を有する
高圧ガス供給システム。
【請求項５】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
請求項１ないし請求項４いずれかに記載の高圧ガス供給システムとを備え、
前記高圧ガス供給システムが有する前記前記ガス消費機器は、前記燃料電池とされ、
前記高圧ガス供給システムが有する前記高圧ガスタンクは、前記燃料電池での電気化学反応に供される燃料ガスを貯留するタンクとされている
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスをガス消費機器に供給する高圧ガス供給システムとこれを有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年になり、燃料ガスの燃焼エネルギーや、燃料ガスの電気化学反応によって発電された電気エネルギーによって駆動する車両が開発されており、高圧ガスタンクには、天然ガスや水素等の燃料ガスが貯留され、車両に搭載される。また、燃料ガスの電気化学反応を起こす燃料電池を発電電力源として備える定置式の燃料電池システムも普及しつつある。
【０００３】
車両或いは定置式の燃料電池システムは、低温環境下で運転開始がなされる状況があるため、水分凍結防止を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５８４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許文献では、システム停止時に管路中の水素ポンプを駆動することで、ポンプ内の水分を除去してその凍結防止を図っているものの、水素ガス管路に設置された減圧弁（圧力調整弁）に対しての対処がなんらなされていないのが現状である。例えば、減圧弁は、ゴム製のダイヤフラムを用いていることから、このダイヤフラムは、低温環境下ではゴム硬度が必然的に上がるため、その応答性の低下が危惧される。ダイヤフラムの応答性低下は、調整圧力の安定性を阻害するので、調圧機能の低下を招く。上記の特許文献で提案された技術にて機能低下を回避するには、断熱圧縮でのガス通気をもたらす水素ポンプを、システムの運転開始前に継続して運転する必要があり、その改善が求められるに至った。なお、減圧弁に限らず、温度低下によりその機能低下が危惧される機器が水素ガス管路に設置されている場合には、同様の事態が起き得る。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、低温環境下での始動当初からの安定した運転を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
高圧ガスをガス消費機器に供給する高圧ガス供給システムであって、
前記高圧ガスを貯留する高圧ガスタンクと、
該高圧ガスタンクから前記ガス消費機器に至るガス供給管路と、
前記高圧ガスタンク内の前記高圧ガスを前記ガス供給管路に流すガス供給部と、
該ガス供給部より下流側において前記ガス供給管路に設置され、前記ガス供給管路を通過するガスを前記ガス消費機器でのガス消費に適うよう機能するガス供給機能部と、
前記ガス消費機器でのガス消費を開始してシステムを始動する始動信号を受けて前記ガス供給部を駆動する始動時制御と、前記始動信号を受ける以前に所定の駆動条件が成立すると前記ガス供給部を駆動するプレ制御とを行う制御部とを備え、
該制御部は、前記周囲温度が前記ガス供給機能部の機能の低下を招き得る低温環境下の温度となり、前記高圧ガスタンク内のガス温度が前記周囲温度を上回ると共に前記低下した前記ガス供給機能部の機能回復を図ることが可能な温度であると、前記駆動条件が成立したとして前記プレ制御を行って、前記高圧ガスタンク内の前記高圧ガスを前記ガス供給管路に流す。
【０００８】
[適用１：高圧ガス供給システム]
高圧ガスをガス消費機器に供給する高圧ガス供給システムであって、
前記高圧ガスを貯留する高圧ガスタンクと、
該高圧ガスタンクから前記ガス消費機器に至るガス供給管路と、
前記ガス消費機器でのガス消費を開始してシステムを始動する始動信号を受けると、前記高圧ガスタンク内の前記高圧ガスを前記ガス供給管路に流すガス供給部と、
該ガス供給部より下流側において前記ガス供給管路に設置され、前記ガス供給管路を通過するガスを前記ガス消費機器でのガス消費に適うよう機能するガス供給機能部と、
前記高圧ガスタンク内のガス温度と前記ガス供給管路の周囲温度の状況に応じて、前記始動信号を受ける以前に前記ガス供給部を駆動するプレ制御を行うプレ制御部とを備える、
ことを要旨とする。
【０００９】
上記構成を備える高圧ガス供給システムにおいても、ガス供給管路に設置されたガス供給機能部の機能の低下を招き得る低温環境下にある場合、ガス供給機能部の機能低下が危惧される。しかしながら、上記構成を備える高圧ガス供給システムでは、高圧ガスタンク内のガス温度とガス供給管路の周囲温度の状況に応じて、ガス供給部は、システムを始動する始動信号を受ける以前にプレ制御部により駆動して高圧ガスタンク内の高圧ガスをガス供給管路に流す。このため、ガス供給機能部は、周囲温度が低い低温環境下でシステム始動のための始動信号が発せられる以前から、ガス供給管路の周囲温度よりも高温のガス温度の高圧ガスタンク内のガスに晒されて昇温する。よって、仮に、ガス供給機能部の機能が低下していても、その機能は回復可能となる。この結果、上記構成を備える高圧ガス供給システムによれば、低温環境下でのシステム始動の際において、システム始動の前からガス供給機能部の機能維持或いは確保できるので、低温環境下での始動当初からの安定した運転を図ることができる。しかも、こうした安定化を図るに当たり、高圧ガスタンク内のガス供給を行えば済み特段の機器が不要であることから、簡便である共に低コスト化や軽量化を図ることができる。
【００１０】
この場合、前記周囲温度が前記ガス供給機能部の機能の低下を招き得る低温環境下の温度となり、前記高圧ガスタンク内のガス温度が前記周囲温度を上回ると共に前記低下した前記ガス供給機能部の機能回復を図ることが可能な温度であると、始動信号を受ける以前にプレ制御部により高圧ガスタンク内の高圧ガスをガス供給管路に流すようにできる。こうすれば、より確実に、低温環境下でのシステム始動の際において、システム始動の前からガス供給機能部の機能維持或いは確保することで、低温環境下での始動当初からの安定した運転を図ることができる。
【００１１】
上記した高圧ガス供給システムは、次のような態様とすることができる。例えば、前記高圧ガスタンクへのガス充填の完了タイミングに併せて、ガス供給部を始動信号以前に駆動して高圧ガスタンク内の高圧ガスをガス供給管路に流すようにできる。高圧ガスタンクにガス充填を行うと、タンク内のガス温度は高圧ガス充填に伴い必然的に昇温するので、高圧ガスタンク内のガス温度がガス供給機能部の機能の低下を招き得る低温環境下の周囲温度を上回る第１状況と、高圧ガスタンク内のガス温度が低下したガス供給機能部の機能回復を図ることが可能な温度まで昇温する第２状況とは、より確実に発現する。このため、低温環境下での始動の際の運転状況の早期の安定化の実効性を高めることができる。この場合、高圧ガスタンクへのガス充填の完了タイミングに併せたガス供給部の駆動は、ガス充填完了後のみならず、ガス充填の完了前になすようにすることができる。ガス充填の完了前にあっても、上記した第１〜第２状況が発現し得るからである。
【００１２】
また、ガス供給部を始動信号以前に駆動するに当たり、始動信号を受けてガス供給部がガス供給管路に流すガスのガス供給量より少ない供給量でガス供給がなされるよう、ガス供給部を駆動すれば、少量のガスで機能回復を図ることができる。
【００１３】
また、前記ガス供給管路に設置された複数の前記ガス供給機能部の最下流の前記ガス供給機能部に到達したガスを、システム始動の前にはガス消費機器に供給しないようにできる。そして、環流させたガスをガス供給管路に戻すようにすれば、無駄なくガスを利用できる。
【００１４】
[適用２：燃料電池システム]
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
上記のいずれかの高圧ガス供給システムとを備え、
前記高圧ガス供給システムが有する前記前記ガス消費機器は、前記燃料電池とされ、
前記高圧ガス供給システムが有する前記高圧ガスタンクは、前記燃料電池での電気化学反応に供される燃料ガスを貯留するタンクとされている
ことを要旨とする。
【００１５】
この燃料電池システムでは、低温環境下での燃料電池の発電始動の際において、発電始動前からガス供給機能部の機能維持或いは確保できるので、低温環境下での燃料電池の始動当初からの安定した発電運転を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池システム１０を概略的に示す説明図である。
【図２】始動時機能回復処理の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】他の実施例の始動時機能回復処理を示すフローチャートである。
【図４】また別の燃料電池システム１０Ａを概略的に示す説明図である。
【図５】天然ガスエンジンＥＧを搭載した燃料電池システム１０Ｂを概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施例としての燃料電池システム１０を概略的に示す説明図である。
【００１８】
図示するように、この燃料電池システム１０は、燃料電池搭載車両２０に、燃料電池１００と、２本の高圧ガスタンク１１０を含む水素ガス供給系１２０と、モータ駆動のコンプレッサ１３０を含む空気供給系１４０と、図示しない冷却系と、制御装置２００とを備える。燃料電池１００は、電解質膜の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた図示しない膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備える発電モジュールを積層して構成され、前輪ＦＷと後輪ＲＷの間において車両床下に位置する。そして、この燃料電池１００は、後述の水素ガス供給系１２０と空気供給系１４０から供給された水素ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応を起こして発電し、その発電電力にて前後輪の図示しない駆動用モータ等の負荷を駆動する。高圧ガスタンク１１０には、水素ガスステーション３００から高圧水素ガスが充填供給される。この様子については、後述する。この高圧ガスタンク１１０は、樹脂製ライナーの外周に熱硬化性樹脂含有の繊維を巻回した繊維強化層を有することから、金属製タンクに比して放熱性が悪く、タンク内ガスのガス温度低下を招きにくいという性質を有する。
【００１９】
水素ガス供給系１２０は、それぞれの高圧ガスタンク１１０から燃料電池１００に到る水素供給管路１２０Ｐと、当該管路の燃料電池１００の手前の減圧バルブ１２１と、当該管路の流量調整バルブ１２２と、それぞれの高圧ガスタンク１１０から延びたガス充填用の充填管路１２３と、それぞれの高圧ガスタンク１１０の口金に設置され管路開閉を行う口金バルブ１２４と、未消費の水素ガス（アノードオフガス）を大気放出する放出管路１２５と、当該管路の排出流量調整バルブ１２６とを備える。この水素ガス供給系１２０は、水素供給管路１２０Ｐにおいて各タンクから延びたガス供給用の管路（ＯＵＴ管路）をアウト側マニホールド１２７に繋ぎ、充填管路１２３においては、ガス充填用の管路（ＩＮ管路）をイン側マニホールド１２８から各タンクに延ばしている。
【００２０】
上記管路構成を備える水素ガス供給系１２０は、アウト側マニホールド１２７で供給タンクとして選択された高圧ガスタンク１１０からの水素ガスを、水素供給管路１２０Ｐの流量調整バルブ１２２での流量調整と減圧バルブ１２１での減圧（調圧）とを経た上、で燃料電池１００のアノードに供給しつつ、放出管路１２５の排出流量調整バルブ１２６で調整された流量で、カソードオフガスを後述の放出管路１４２から大気放出する。上記した水素ガス供給に際して、本実施例では、アウト側マニホールド１２７で供給タンクとして選択された高圧ガスタンク１１０の口金バルブ１２４がタンク口金においてその管路を開き、その上で、既述した流量調整バルブ１２２での流量調整と減圧バルブ１２１での減圧（調圧）とがなされる。流量調整バルブ１２２は、ガス流量を流量ゼロから調整可能であり、流量ゼロとすることで水素供給管路１２０Ｐの閉塞を図る。
【００２１】
また、水素ガス供給系１２０は、高圧水素ガス充填のためのレセプタクル１５０を備える。このレセプタクル１５０は、高圧水素ガスの充填対象である高圧ガスタンク１１０から延びた充填管路１２３の先端に設置され、車両側方のガス充填箇所に位置する。このガス充填箇所は、既存のガソリン車両における燃料給油箇所に相当し、設置されたレセプタクル１５０を車両外装側カバーにて覆っている。
【００２２】
空気供給系１４０は、コンプレッサ１３０を経て燃料電池１００に到る酸素供給管路１４１と、未消費の空気（カソードオフガス）を大気放出する放出管路１４２と、当該管路の排出流量調整バルブ１４３とを備える。この空気供給系１４０は、酸素供給管路１４１の開口端から取り込んだ空気を、コンプレッサ１３０にて流量調整した上で燃料電池１００のカソードに供給しつつ、放出管路１４２の排出流量調整バルブ１４３で調整された流量でカソードオフガスを放出管路１４２を経て大気放出する。
【００２３】
制御装置２００は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成され、アクセル等のセンサー入力やガス充填作業に伴うセンサー入力、温度センサーのセンサー入力を受けて、バルブ制御を含む燃料電池１００の種々の制御を司る。温度センサー２０２は、減圧バルブ１２１の設置箇所周辺の外気温、或いは水素供給管路１２０Ｐの管路表面温度を検出してその検出温度を制御装置２００に出力する。
【００２４】
水素ガスステーション３００は、水素ガスを高圧下で貯留するガス充填元タンク３１０と、開閉バルブ３１２を管路途中に備えるステーション側管路３１４と、当該管路の先端に設置されたノズル３５０と、図示しないガス充填制御装置３８０とを備える。ノズル３５０は、燃料電池搭載車両２０の側のレセプタクル１５０に対する嵌合装着と取り外しとにより、レセプタクル１５０の管路との管路連通と管路遮断とを行う。ステーション側管路３１４は、ノズル３５０を用いたガス充填の便宜のため、ノズル３５０の側において耐高圧性のフレキシブルホースとされ、レセプタクル１５０へのノズル３５０の嵌合装着および取り外しに追従する。ガス充填制御装置３８０は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成され、ガス充填・停止のためのノズル３５０の操作に伴うセンサー入力を受けて、バルブ制御を含むガス充填に関しての制御を司る。なお、レセプタクル１５０とノズル３５０とは、データの送受信可能に構成され、ガス充填制御装置３８０の側から燃料電池搭載車両２０の制御装置２００に、ガス充填の開始信号、充填完了信号等が出力される。
【００２５】
この水素ガスステーション３００は、燃料電池搭載車両２０の高圧ガスタンク１１０への高圧水素ガス充填に供することから、既存のガソリン車両に対するガソリン給油ステーションに相当する。仮に、高圧ガスタンク１１０と燃料電池１００とが住居や店舗、工場などに設置される据え置き形態のものであれば、水素ガスステーション３００は、トラックなどの車両に設置されてガス配送の形態のものとなる。
【００２６】
次に、水素供給管路１２０Ｐに配設された減圧バルブ１２１や流量調整バルブ１２２等の低温環境下での始動時の機能回復処理について説明する。減圧バルブ１２１は、ゴム製のダイヤフラムを調圧のために内蔵しており、流量調整バルブ１２２にあっては、流量調整のための構成部材のシールにゴム製のシール材を用いている。このため、外気温或いは水素供給管路１２０Ｐの管路温度が、例えば、氷点下を下回りガス供給がなされていないと、ゴム硬度が上がるため、調圧の応答性の低下やシール不備が起きることが危惧される。こうした事態を回避するため、本実施例の燃料電池システム１０では、低温環境下での機能回復処理を次のようにして行う。図２は始動時機能回復処理の処理内容を示すフローチャートである。図２の始動時機能回復処理は、高圧ガスタンク１１０へのガス充填を前提とした上で燃料電池搭載車両２０における燃料電池１００の運転停止期間に亘って単位時間ごとに繰り返し実行されており、燃料電池１００の運転開始に伴って、アクセル開度に基づいた通常の燃料電池運転制御（図示略）が引き続き実行される。
【００２７】
図示する機能回復処理は、高圧ガスタンク１１０へのガス充填に際して実行することを予定しており、まず、温度センサー２０２の検出値に基づき外気温Ｔｈが所定温度αを下回るか否かを判定する（ステップＳ１００）。本実施例では、この所定温度αを減圧バルブ１２１におけるゴム製ダイヤフラムの機能低下を起こし得る温度として、摂氏零度とした。この場合、ダイヤフラムのゴムの特性に応じて、所定温度αを零度以外の温度としても良い。
【００２８】
ステップＳ１００で否定判定すれば、外気温Ｔｈは、減圧バルブ１２１の機能低下をもたらすほど低下していないので、何の処理を行うことなく本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１００での肯定判定に続いては、ガス充填が完了したかを判定し（ステップＳ１１０）、ガス充填完了するまで待機する。ここで、高圧ガスタンク１１０へのガス充填について簡単に説明する。
【００２９】
水素ガスステーション３００から高圧ガスタンク１１０へのガス充填に際しては、燃料電池搭載車両２０のレセプタクル１５０に、水素ガスステーション３００のノズル３５０が嵌合装着される。このレセプタクル嵌合装着に伴うセンサー信号は、水素ガスステーション３００のガス充填制御装置３８０および燃料電池搭載車両２０の制御装置２００に出力されるので、レセプタクル嵌合装着に伴ってガス充填が開始されたことが判明する。
【００３０】
こうしたガス充填の際、燃料電池搭載車両２０の制御装置２００は、燃料電池１００を運転停止状態に置くべく、図１における水素供給管路１２０Ｐの流量調整バルブ１２２を流量ゼロにして管路閉鎖状態とすると共に、高圧ガスタンク１１０の手前の口金バルブ１２４を開弁状態とする。この状態で、充填管路１２３から高圧ガスタンク１１０に高圧水素ガスが充填される、この場合、充填対象となる高圧ガスタンク１１０は、イン側マニホールド１２８により選択される。
【００３１】
ガス充填制御装置３８０は、図示しないガス流量計やステーション側管路３１４の圧力計からのガス流量推移や圧力推移を監視し、高圧ガスタンク１１０へのガス充填状況を充填開始から把握する。そして、ガス充填制御装置３８０は、高圧ガスタンク１１０へのガス充填が完了すれば、ガス充填完了信号を制御装置２００に出力する。制御装置２００は、この信号を受けて、或いは、ガス充填開始からの経過時間やタンク内圧推移によって、ガス充填の状況を把握しその完了や完了間近なことを検知する。なお、ガス充填の完了に伴い、ノズル３５０はレセプタクル１５０から取り外され、制御装置２００は、イン側マニホールド１２８を管路閉鎖制御する。
【００３２】
ステップＳ１００での肯定判定（外気温Ｔｈ＜α（０℃））に続いてステップＳ１１０で肯定判定がなされた状況であると、高圧ガスタンク１１０へのガス充填は完了済み或いは完了間近なことから、高圧ガス（高圧水素ガス）のタンク内充填に伴いタンク内のガス温度は必然的に昇温する。水素ガスを７０ＭＰａ程度の圧力で充填する場合には、タンク内ガスは８５℃程度まで昇温すると予想される。このため、ステップＳ１１０での肯定判定下では、高圧ガスタンク１１０のタンク内のガス温度は、減圧バルブ１２１の機能低下を起こし得る外気温Ｔｈ（＜α（０℃））を上回ると共に、このガス温度のガスに減圧バルブ１２１が晒されることで減圧バルブ１２１が昇温してその機能回復を図ることができるとして、ステップＳ１２０に移行する。このステップＳ１２０では、高圧ガスタンク１１０の口金バルブ１２４を短時間に亘って開閉制御（例えば、数秒に亘る２〜３回の開閉制御）すると共に、流量調整バルブ１２２をそのガス調整流量が小さくなるよう調整制御する。この場合のガス調整流量は、タンクから流れ出た高温のガスが減圧バルブ１２１まで行き渡って管路や減圧バルブ１２１のダイヤフラムの昇温を図ることができればよいことから、燃料電池搭載車両２０のアイドル時におけるアイドル流量の数分の１程度とすればよい。
【００３３】
ステップＳ１２０に続いては、燃料電池搭載車両２０のイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＳと称する）がＯＮされて燃料電池搭載車両２０、延いては燃料電池１００の始動がなされたかを判定し（ステップＳ１３０）、ＩＧＳ操作によるシステム始動がなされるまで待機する。そして、ＩＧＳのＯＮ操作によりシステム始動信号が出力されると、口金バルブ１２４を定常状態に開弁制御すると共に、流量調整バルブ１２２をそのガス調整流量がアイドル流量となるよう調整制御する（ステップＳ１４０）。これ以降は、運転者のアクセル操作に基づいた燃料電池１００の運転制御に移行し、始動時回復処理は終了となる。
【００３４】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システム１０では、水素供給管路１２０Ｐに設置した減圧バルブ１２１や流量調整バルブ１２２が、低温環境下であるあめにゴム製のダイヤフラムやバルブシール材の機能を低下させたとしても、高圧ガスタンク１１０へのガス充填の完了タイミングに併せて（ステップＳ１１０）、各タンクの口金バルブ１２４をＩＧＳのＯＮ操作前に開弁駆動して高圧ガスタンク１１０の高圧水素ガスを水素供給管路１２０Ｐに流すようにする（ステップＳ１２０）。こうして流れる高圧水素ガスは、高圧ガスタンク１１０へのガス充填に伴って必然的に高温であると共に、そのガス温度は、上記した機能低下をもたらす危惧がある外気温Ｔｈより高く、低下した機能回復を図ることが可能な温度である。このため、減圧バルブ１２１や流量調整バルブ１２２は、低温環境下での燃料電池搭載車両２０の走行に際してのＩＧＳからの始動信号が発せられる以前から、上記のように高温度のガス（水素ガス）に晒されて昇温するので、その昇温により、低下していた機能は回復する。この結果、本実施例の燃料電池システム１０によれば、低温環境下でのシステム始動の際において、システム始動の前から減圧バルブ１２１や流量調整バルブ１２２等のバルブ機器の機能を維持或いは確保できるので、低温環境下での始動当初からの安定した運転を図ることができる。しかも、こうした安定化を図るに当たり、燃料電池搭載車両２０に搭載済みの高圧ガスタンク１１０からガス供給を行えば済み、機能回復のための特段の機器が不要である。よって、本実施例の燃料電池システム１０によれば、低温環境下での運転の安定化を図るに際し、構成の簡略化や、低コスト化、軽量化を図ることができる。
【００３５】
また、本実施例の燃料電池システム１０では、高圧ガスタンク１１０へのガス充填に伴い必然的に昇温するタンク内のガスを機能回復のために用いているので、ガス温度昇温のための構成も不要となるので、構成の簡略化、低コスト化、軽量化の実効性を高めることができる。
【００３６】
また、本実施例の燃料電池システム１０では、減圧バルブ１２１などをＩＧＳのＯＮ操作前に機能回復するに当たり、流量調整バルブ１２２でのガス調整流量を燃料電池搭載車両２０のアイドル運転時のアイドル流量より少なくなるようにした。よって、燃料電池搭載車両２０の運転、詳しくはアイドル運転前において少量のガスで減圧バルブ１２１などの機能回復を図ることができる。
【００３７】
次に、他の実施例について説明する。図３は他の実施例の始動時機能回復処理を示すフローチャートである。この実施例では、高圧ガスタンク１１０が樹脂製ライナーの外周に熱硬化性樹脂含有の繊維を巻回した繊維強化層を有することからタンク内ガスのガス温度低下を招きにくいという性質をより利用した点に特徴がある。
【００３８】
この図３の始動時機能回復処理では、既述したように外気温Ｔｈの対比判定（ステップＳ２００）を行った上で、低温環境下であると、高圧ガスタンク１１０に設置済みのタンク内温度センサーからの検出値に基づき、タンク内ガス温度Ｔｔが所定温度βを上回るか否かを判定する（ステップＳ２１０）。この所定温度βは、減圧バルブ１２１の機能低下を起こし得る既述した所定温度αより高い温度であると共に、所定温度βをタンク内ガス温度Ｔｔが上回れば、そのタンク内ガス温度Ｔｔのガスに減圧バルブ１２１が晒されることで減圧バルブ１２１が昇温してその機能回復を図ることができるとして、定めた温度（例えば、約５０℃）である。この（ステップＳ２１０で肯定判定した以降は、既述したステップＳ１２０〜１４０と同様に、口金バルブ１２４の短時間開閉制御と流量調整バルブ１２２の流量小制御（ステップＳ２２０）、ＩＧＳのＯＮ操作待機（ステップＳ２３０）、口金バルブ１２４の定常制御と流量調整バルブ１２２のアイドル流量制御（ステップＳ２４０）。これ以降は、運転者のアクセル操作に基づいた燃料電池１００の運転制御に移行し、始動時回復処理は終了となる。
【００３９】
この実施例であっても、高圧ガスタンク１１０内の高温のガス供給により、既述した効果を奏することができる。なお、ステップＳ２１０にて否定判定した場合には、燃料電池搭載車両２０の運転者に、機能低下が危惧されることからＩＧＳのＯＮ操作後のアイドル運転を通常より長く促す旨の報知をしたり、機能低下の危惧の旨の報知をした上で、ＩＧＳのＯＮ操作後に所定時間のアイドル運転を継続するように構成することもできる。
【００４０】
次に、また別の実施例について説明する。図４はまた別の燃料電池システム１０Ａを概略的に示す説明図である。
【００４１】
この実施例の燃料電池システム１０Ａでは、減圧バルブ１２１等の機能回復のために供給したガス（水素ガス）を燃料電池１００に流し込まないようにした点に特徴があり、図示するように、減圧バルブ１２１の下流側に三方弁１６０と、当該弁からの循環管路１６２と、バッファー１６４と、逆止弁１６６とを備える。三方弁１６０は、ＩＧＳがＯＮされている期間に亘っては、水素供給管路１２０Ｐの管路を燃料電池１００に繋げ、ＩＧＳがＯＦＦの間には、水素供給管路１２０Ｐの管路を循環管路１６２に繋げる。循環管路１６２は、減圧バルブ１２１の下流の水素供給管路１２０Ｐにガスを環流させる。バッファー１６４は、循環管路１６２の管路容積を増やすよう形成されており、循環管路１６２を流れるガスを一時的に貯留する。逆止弁１６６は、三方弁１６０の設置箇所の側からの循環管路１６２のガス通過を許容する。
【００４２】
上記構成の燃料電池システム１０Ａでは、減圧バルブ１２１等の機能回復のために供給したガス（水素ガス）を、三方弁１６０での分岐と循環管路１６２による環流、並びにバッファー１６４での一次的な貯留により、燃料電池１００に流し込まないようにできる。このため、燃料電池システム１０Ａによれば、ＩＧＳがＯＮ操作される以前において、燃料電池１００には燃料ガス（水素ガス）を供給しないようにできる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、上記の実施例では、ガス消費機器として燃料電池１００を有する燃料電池システム１０について説明したが、天然ガス（ＣＮＧ）を燃焼させてその燃焼エネルギーを駆動力に転換するエンジンを有するシステムにも適用できる。
【００４４】
図５は天然ガスエンジンＥＧを搭載した燃料電池システム１０Ｂを概略的に示す説明図である。図示するように、この燃料電池システム１０Ｂは、水素供給管路１２０Ｐの最下流にインジェクターＩＪを備え、このインジェクターＩＪの噴出した天然ガスを天然ガスエンジンＥＧの燃焼室で燃焼させ、車両２０Ｂの駆動力を得る。そして、この図５に示す変形例の燃料電池システム１０Ｂであっても、ゴム製のシール材を組み込んだインジェクターＩＪを、システム始動開始前からそのシール機能を維持もしくは確保できるので、システム始動当初から安定して天然ガスを噴出できる。なお、水素ガスを燃焼させるエンジンを搭載した車両についても適用できることは勿論である。
【００４５】
この他、上記した実施例では、燃料電池搭載車両２０についての燃料電池システム１０を例に挙げて説明したが、発電電力を得るための据え置き型の燃料電池システムにも適用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０、１０Ａ〜１０Ｂ…燃料電池システム
２０…燃料電池搭載車両
２０Ｂ…車両
１００…燃料電池
１１０…高圧ガスタンク
１２０…水素ガス供給系
１２０Ｐ…水素供給管路
１２１…減圧バルブ
１２２…流量調整バルブ
１２３…充填管路
１２４…口金バルブ
１２５…放出管路
１２６…排出流量調整バルブ
１２７…アウト側マニホールド
１２８…イン側マニホールド
１３０…コンプレッサ
１４０…空気供給系
１４１…酸素供給管路
１４２…放出管路
１４３…排出流量調整バルブ
１５０…レセプタクル
１６０…三方弁
１６２…循環管路
１６４…バッファー
１６６…逆止弁
２００…制御装置
２０２…温度センサー
３００…水素ガスステーション
３１０…ガス充填元タンク
３１２…開閉バルブ
３１４…ステーション側管路
３５０…ノズル
３８０…ガス充填制御装置
ＥＧ…天然ガスエンジン
ＩＪ…インジェクター
ＦＷ…前輪
ＲＷ…後輪
Ｔｈ…外気温
Ｔｔ…タンク内ガス温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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